Kulik-Rechberger B. i inni: Zależności między tkanką tłuszczową, leptyną a wybranymi wskaźnikami metabolizmu kostnego u dziewcząt Vol. 12/2013 Nr 2(43) Endokrynologia Pediatryczna Pediatric Endocrinology Zależności między tkanką tłuszczową, leptyną a wybranymi wskaźnikami metabolizmu kostnego u dziewcząt The interrelationships between adipose tissue, leptin and selected bone metabolism markers in girls 1 Beata Kulik-Rechberger, 2 Barbara Możejko-Pastewka, 1 Maria Trojanowska-Szostek 1 Zakład Propedeutyki Pediatrii I Katedry Pediatrii UM w Lublinie 2 AstraZeneca Pharma, Poland Adres do korespondencji: Beata Kulik-Rechberger, Zakład Propedeutyki Pediatrii Uniwersytet Medyczny w Lublinie, ul. Chodźki 2, 20-093 Lublin, brechberger@interia.pl Słowa kluczowe: tkanka tłuszczowa, leptyna, wskaźniki metabolizmu kostnego, dziewczęta Key words: adipose tissue, leptin, bone metabolism markers, girls STRESZCZENIE/ABSTRACT Rola leptyny w metabolizmie kostnym nie jest dokładnie zbadana. Celem niniejszej pracy jest określenie zależności między stopniem odżywienia i stężeniem leptyny a stężeniami: wskaźnika biosyntezy kolagenu (PINP), rozpadu kolagenu typu I (sctx) oraz frakcji kostnej fosfatazy alkalicznej (BALP) u dziewcząt w okresie pokwitania. Materiał i metody. Zbadano 88 dziewcząt. Określono ich masę, wysokość ciała, obwód ramienia oraz grubości fałdów skórnotłuszczowych. Pobrano krew celem oznaczenia tych parametrów w surowicy. Dziewczęta obserwowano do czasu wystąpienia menarche, po czym podzielono je na grupy: I dziewczęta, które w czasie badania pierwszego były rok lub więcej przed menarche (n=24), II dziewczęta które były mniej niż rok przed menarche (n=36), III dziewczęta po menarche (n=28). Wyniki. Średnia masa ciała i BMI dziewcząt z grupy I były mniejsze niż dziewcząt z grupy II, a dziewcząt z grupy III większe niż dziewcząt z grup I i II. Dziewczęta mniej dojrzałe biologicznie miały też mniejsze zasoby podskórnej tkanki tłuszczowej i obwody ramienia niż te bardziej dojrzałe. Zarówno w grupie I, jak i II stężenie PINP i sctx oraz BALP były wyższe niż w grupie III, ale wartości tych parametrów w grupie I i II nie różniły się istotnie. Stwierdzono wysokie dodatnie korelacje między stężeniem leptyny a obwodem ramienia, sumą grubości fałdów skórno-tłuszczowych oraz BMI. Stężenia PINP i sctx korelowały ujemnie z obwodem ramienia (odpowiednio: r=-0,278, r=-0,214) oraz BMI (odpowiednio: r=-0,261, r=-0,254). Korelacji między stężeniami leptyny a PINP, sctx czy BALP nie było. Wniosek. Nie potwierdzono bezpośredniej zależności między stężeniem leptyny i stężeniami wskaźników określających metabolizm kostny. Endokrynol. Ped. 12/2013;2(43):27-32. The role of leptin in bone metabolism is not completely cleared up. The aim of our study was to determined relationships between nutritional state, leptin and markers of collagen biosynthesis (PINP), collagen degradation (sctx) and 27
Praca oryginalna Endokrynol. Ped., 12/2013;2(43):27-32 bone alkaline phosphatase (BALP) in girls during puberty. Material and methods. Eighty eight girl were investigated. Body weight, height, arm circumference and skin fold thicknesses were measured. Blood samples were taken to assessed biochemical parameters. Girls were observed up to the time of menarche and than divided into three groups: I one or more then one year before menarche (24), II less than one year before menarche (36), III after menarche (n=28). Results. The mean body weight and BMI of girls from group I were lower them from group II, and from group III higher that from groups I and II. Girls less mature had also smaller arm circumference and subcutaneous adipose tissue than more mature girls. In group I and II serum concentration of PINP i sctx and BALP were higher than in group III but there were no differences between group I and II. There were high positive correlations between concentrations of leptin and arm circumference sum of skin-fold thicknesses and BMI. Concentrations of PINP and sctx correlated negatively with arm circumference (respectively: r=-0,278, r=-0,214) as well as with BMI (r=-0,261 and r=-0,254). There were no correlations between leptin concentration and PINP, sctx or BALP. Conclusion. Direct relationship between concentrations of leptin and bone metabolism markers was not confirmed. Pediatr. Endocrinol. 12/2013;2(43):27-32. Wstęp Jak wskazują badania z ostatnich dziesięcioleci, tkanka tłuszczowa jest miejscem syntezy wielu biologicznie czynnych białek zwanych adipokinami lub adipocytokinami. Wśród nich są adiponektyna, leptyna, rezystyna, wisfatyna i omentyna. Niektóre z badań in vitro wykazały, że adiponektyna, leptyna, rezystyna i wisfatyna pobudzają proliferację ludzkich osteoblastów, co sugeruje udział tych cytokin w procesie kościotworzenia [1]. Badania in vitro wykazały również, że leptyna wpływa na komórki stromalne ludzkiego szpiku, zwiększając różnicowanie osteoblastów i blokując różnicowanie adipocytów. Badania kliniczne dotyczące roli leptyny w metabolizmie kostnym nie dają jednoznacznych wyników. Niektórzy wskazują na wielokierunkowy charakter działania leptyny. Wykazano zarówno negatywne, jak i pozytywne korelacje pomiędzy stężeniem leptyny a gęstością mineralną kości u dorosłych [2]. Nie ma też jednoznacznych wyników badań dotyczących działania leptyny w układzie kostnym dzieci i młodzieży. Na związek pomiędzy tkanką tłuszczową, leptyną i masą kostną wskazują wyniki obserwacji otyłych dzieci w okresie przedpokwitaniowym i w okresie pokwitania. Z badań Kleina i wsp. (Klein, Larmore, de Lancey1988) wynika, że dzieci te mają wyższe stężenia leptyny we krwi, bardziej zaawansowany wiek kostny i większą gęstość mineralną kości niż dzieci szczupłe. Są też badania, które wykazały, że leptyna nie zwiększa mineralizacji kości osób młodych [3]. Celem naszej pracy jest określenie zależności między stopniem odżywienia i stężeniem leptyny a stężeniami: propeptydu N-końcowego prokolagenu typu I (PINP wskaźnik biosyntezy kolagenu), C- końcowego telopeptydu kolagnu typu I (sctx wskaźnik rozpadu kolagenu typu I) oraz frakcji kostnej fosfatazy alkalicznej (BALP) u dziewcząt w okresie pokwitania. Materiał i metody Badaniami objęto grupę 88 dziewcząt w wieku od 11,8 do 13,7 lat. Oceniano ich stan zdrowia, przeprowadzono pomiary antropometryczne, określając wysokość ciała, masę ciała, obwód ramienia. Obliczano BMI. Oceniano stopień rozwoju podskórnej tkanki tłuszczowej, stosując metodę cyrklową przy użyciu fałdomierza typu Harpenden. Pomiary dokonywane były na brzuchu, na ramieniu i pod łopatką. Pobierano krew celem oznaczenia stężenia leptyny oraz PINP, BALP oraz sctx w surowicy. Podczas badania dziewczęta zgłaszały wiek wystąpienia menarche. Te, które nie osiągnęły menarche przed datą badania, zgłaszały czas jej wystąpienia pielęgniarce szkolnej lub telefonicznie lekarzowi przeprowadzającemu badania. Kiedy wszystkie dziewczęta osiągnęły menarche, podzielono je retrospektywnie na trzy grupy, biorąc pod uwagę ich wiek ginekologiczny w czasie pobierania badań. Z definicji wiek ten liczy się od czasu wystąpienia pierwszej miesiączki. U dziewcząt będących przed menarche umownie przyjęto, że jest to czas ujemny liczony do menarche. Zatem utworzono grupę I dziewcząt, które w czasie badania pierwszego były rok lub więcej przed menarche (n=24), grupę II dziewcząt będących mniej niż rok przed menarche (n=36) oraz grupę III dziewcząt, które podczas badania były po menarche (n=28). Stężenie leptyny mierzone było za pomocą zestawu Human Leptin RIA Kit, firmy Linco Research Inc., St. Charles, USA. Stężenie PINP oznaczano 28
Kulik-Rechberger B. i inni: Zależności między tkanką tłuszczową, leptyną a wybranymi wskaźnikami metabolizmu kostnego u dziewcząt Analizując wiek ginekologiczny badanych, stwierdzono, że najstarsza dziewczynka była 2,28 lat po menarche, a najmłodsza 2,58 lat przed menarche. Dziewczęta z poszczególnych grup nie różniły się pod względem wieku kalendarzowego, ale wiek ginekologiczny oraz wiek, w którym wystąpiła pierwsza miesiączka, były znamiennie statystycznie różne. Dziewczęta z grupy I osiągnęły menarche w wieku średnio 14,1±0,57 lat, z podgrupy II w wieku 12,99±0,46 lat. Zgodnie z oczekiwaniami stwierdzono, że dziewczęta, które były mniej niż rok przed menarche (grupa II), miały większą masę ciała i wskaźnik masy ciała (BMI) niż dziewczęta będące więcej niż rok przed menarche grupa I (Tabela I). Dziewczęta z grupy I i II miały podobną wysokość, ale były niższe od dziewcząt z grupy III. Średnia masa ciała i BMI dziewcząt z grupy I były mniejsze niż dziewmetodą radioimmunologiczną (RIA) przy pomocy zestawu firmy Orion Diagnostica, Finland, stężenie sctx stosując zestaw Serum CrossLaps ELISA, firmy Nordic Herlev, Denmark, a stężenie BALP stosując Ostase BAP EIA, Immunodiagnostic System (IDS Inc. Fountain Hills, Arizona). Wszystkie oznaczenia wykonywane były zgodnie z protokołem podanym przez producentów zestawów. M e t o d y s t a t y s t y c z n e. Normalność rozkładów badanych zmiennych sprawdzono testem Shapiro-Wilka. Do oceny różnic między badanymi grupami zastosowano test U Manna-Whitneya. Korelacje między zmiennymi mierzalnymi (ilościowymi) badano wykorzystując współczynnik korelacji liniowej r Pearsona. Przyjęto poziom istotności p=0,05. Analizy statystyczne przeprowadzono w oparciu o oprogramowanie komputerowe STATI- STICA v. 6.0 (StatSoft, Polska). Na badanie uzyskano zgodę Komisji Bioetycznej Uniwersytetu Medycznego w Lublinie. Wyniki Tabela I. Porównanie średnich wartości cech somatycznych dziewcząt będących rok i więcej przed menarche (I), mniej niż rok przed menarche (II) oraz po menarche (III) Table I. Value of somatic traits (M) in girls: year before menarche (I), < year before menarche (II) and after menarche (III) Średnia (SD) Wartość p I [n=24] II [n=36] III [n=28] I vs II I vs III II vs III Wysokość ciała (cm) 153,01 (6,05) 155,48 (6,52) Masa ciała (kg) 39,04 (6,03) 44,94 (7,99) BMI (kg/m²) 16,61 (1,91) 18,57 (3,01) Obwód ramienia, badanie I (cm) Suma fałdów sk. tłuszczowych (mm) PINP (µg/l) 21,08 (2,05) 22,64 (2,43) 27,27 (11,93) 889,73 (471,41) 38,65 (19,44) 847,69 (335,98) sctx (ng/ml) 2,69 (0,71) 2,84 (0,66) BALP (µg/l) 97,0 (54,2) 93,1 (37,1) Leptyna (ng/ml) 9,58 (6,61) 13,38 (9,09) 159,14 (5,6) 50,56 (7,53) 19,91 (2,27) 23,76 (1,99) 39,01 (16,48) 549,30 (255,20) 2,13 (0,58) 66,14 (25,23) 13,00 (6,69) NS 0,001 0,028 0,008 0,000 0,001 0,008 0,000 0,008 0,012 0,000 0,025 0,004 0,001 NS NS 0,001 0,000 NS 0,006 0,000 NS 0,039 0,002 0,042 0,039 NS 29
Praca oryginalna Endokrynol. Ped., 12/2013;2(43):27-32 cząt z grupy II, a dziewcząt z grupy III większe niż dziewcząt z grup I i II (tab. I). Analizując wielkości obwodu ramienia oraz sumy grubości fałdów skórno-tłuszczowych, stwierdzono, że u dziewcząt będących więcej niż rok przed menarche (grupa I) były one mniejsze niż u dziewcząt bardziej dojrzałych biologicznie z grupy II i u dziewcząt z grupy III (po menarche). Różnice tych cech między dziewczętami będącymi mniej niż rok przed menarche (grupa II) i po menarche były mniejsze. Dziewczęta z grupy II miały podobną sumę grubości fałdów skóno-tłuszczowych jak dziewczęta z grupy III, ale mniejszy obwód ramienia. Analizując parametry biochemiczne metabolizmu kostnego stwierdzono, że zarówno w grupie I, jak i II stężenie PINP i sctx oraz BALP były wyższe niż w grupie III, ale wartości tych parametrów w grupie I i II nie różniły się istotnie. Stwierdzono wysokie dodatnie korelacje między stężeniem leptyny a obwodem ramienia, sumą grubości fałdów skórno-tłuszczowych oraz BMI. Stężenia PINP i sctx korelowały ujemnie z obwodem ramienia (odpowiednio: r=-0,278, r=-0,214) oraz BMI (odpowiednio: r=-0,261, r=-0,254). Korelacji między cechami określającymi stopień rozwoju tkanki tłuszczowej a stężeniem BALP nie stwierdzono (Tab. II). Dyskusja Badania kliniczne dowodzą, że na rozwój kośćca ma wpływ stan odżywienia. Dziewczęta z wyższym wskaźnikiem BMI, będące przed menarche wzrastają szybciej niż ich rówieśniczki z niższym BMI [4]. Od stanu odżywienia zależy również metabolizm kostny. Ostrowska i wsp. obserwowali statystycznie niższe stężenie markerów obrotu kostnego, takich jak osteokalcyna i sctx w grupie dziewcząt z jadłowstrętem psychicznym będących w wieku 13-18 lat, w porównaniu do grupy kontrolnej [5]. Badania własne dotyczyły dziewcząt, których masa ciała i BMI były w granicach normy dla wieku. Zgodnie z oczekiwaniami stwierdzono, że masa ciała, obwód ramienia oraz suma grubości fałdów skórno-tłuszczowych pod łopatką, na brzuchu i na ramieniu oraz BMI, były większe u dziewcząt po menarche. Stwierdzono wysoce dodatnie korelacje między cechami świadczącymi o stanie odżywienia a stężeniem leptyny co potwierdza, że cytokina ta może być jednym ze wskaźników odżywienia [6]. Porównując stężenia leptyny w zależności od wieku ginekologicznego, okazało się, że u dziewcząt będących więcej niż rok przed menarche stężenie leptyny było statystycznie istotnie niższe niż u dziewcząt będących mniej niż rok przed menarche czy będących po menarche. Zważywszy na udokumentowaną rolę leptyny w procesie pokwitania można sądzić, że jej wzrastające stężenie jest czynnikiem stymulującym ten proces. W badaniach własnych nie stwierdzono korelacji miedzy wskaźnikami stanu odżywienia a stężeniem kostnej frakcji fosfatazy alkalicznej. Stężenie PINP ujemnie korelowało z masą ciała, obwodem ramienia i BMI, a stężenie sctx ujemnie korelowało z obwodem ramienia i BMI. Wyniki te sugerują, że dzieci z wyższymi wskaźnikami stanu odżywienia mają mniej nasilony metabolizm kolagenu typu I, który jest dominującym białkiem występującym w kościach. Może to oznaczać, że dzieci z większymi zasobami tkanki tłuszczowej mają zwolniony zarówno proces kościotworzenia, jak i proces resorpcji kostnej. Bezpośrednich zależności między stężeniem leptyny i stężeniami parametrów oceniających metabolizm kostny nie stwierdzono. Być może, to Tabela II. Korelacje między parametrami biochemicznymi a cechami określającymi stan odżywienia dziewcząt w okresie pokwitania [n=88] Table II. Corelation between biochemic parameters and traits of nutrition state in girls PINP CTX BALP Leptyna Obwód ramienia Suma fałdów skórno-tłuszcz. BMI r=-0,278 p=0,009 r=-0,214 p=0,045 NS NS NS NS r= -0,261 p=0,014 r= -0,254 p=0,017 NS r=0,745 p=0,000 r=0,815 p=0,0001 r=0,739 p=0,000 Leptyna NS NS NS 30
Kulik-Rechberger B. i inni: Zależności między tkanką tłuszczową, leptyną a wybranymi wskaźnikami metabolizmu kostnego u dziewcząt intensywne zmiany hormonalne i somatyczne charakterystyczne dla tego okresu sprawiły, że zależności między stanem odżywienia a wskaźnikami metabolizmu kostnego były ujemne lub nie uwidoczniły się. Zaznaczyć też należy, że obiektem naszych badań były dzieci z masą ciała w zakresie normy. Dimitri i wsp. [7] badali dzieci w wieku 5 16 lat. Wśród nich były zarówno dzieci otyłe, jak i szczupłe. Zgodnie z oczekiwaniami autorzy stwierdzili, że stężenie leptyny u otyłych było wyższe niż u szczupłych. Tymczasem stężenie osteoprotegeryny (mającej protekcyjny wpływ na kości) było niższe i odwrotnie proporcjonalne do stężenia wolnej leptyny i całkowitej trzewnej tkanki tłuszczowej. Dzieci otyłe miały też wyższe stężenie karboksykońcowego telopeptydu kolagenu typu I (ICTP). Jego stężenie podobnie jak stężenie PINP dodatnio korelowało ze stężeniem leptyny. Na tej podstawie autorzy wysunęli wniosek, że dzieci otyłe mają bardziej nasilony proces resorpcji kostnej niż proces kościotworzenia, co najbardziej uwidoczniło się u dzieci ze złamaniami kostnymi w przeszłości. Korzystnego działania leptyny na układ kostny nie potwierdzają również wyniki badań prowadzonych przez Klentrou i wsp. [8]. Celem tych badań było wyjaśnienie, czy dojrzałość biologiczna, skład ciała, aktywność fizyczna i nawyki dietetyczne mają związek z biochemicznymi wskaźnikami przemian kostnych. Badano stężenia osteokalcyny, frakcji kostnej fosfatazy alkalicznej i wskaźników rozpadu kolagenu typu I oraz grubość warstwy korowej kości metodą ultradźwiękową (Quantity ultrasound, QUS). Stwierdzono, że otyłość i stężenie leptyny to ujemne czynniki predykcyjne dla parametru SOS (Speed of Sound, SOS [m/s]). Wpływ leptyny na wskaźniki biochemiczne przemian kostnych u dzieci badany był również przez Bini i wsp. [9] u dzieci z nadwagą w wieku 6 13 lat. Dzieci otyłe miały wyższe stężenia leptyny, IGF-1, IGFBP-3 i niższe stężenie osteokalcyny niż dzieci o prawidłowej masie ciała. Zmniejszenie masy ciała wiązało się ze znaczącym obniżeniem stężenia leptyny i IGFBP-3 w surowicy, zwiększeniem stężenia osteokalcyny i PICP, przy utrzymującym się na tym samym poziomie stężeniu ICTP. Stosując analizę wieloczynnikową, z uwzględnieniem BMI i płci, znaleziono znaczącą ujemną korelację między stężeniem leptyny a stężeniami PICP i IGF-1. Nie było korelacji między stężeniem leptyny a stężeniami osteokalcyny, ICTP i IGFBP-3. Wyniki tej pracy wskazują na wpływ leptyny na wzrastanie i przemiany kostne, ale nie potwierdzają, że otyłość i wysokie stężenia leptyny są korzystne dla kości. Z badań Roemmich i wsp.[10] wynika, że u dzieci i nastolatków z prawidłową masą ciała stężenie leptyny w surowicy nie koreluje z zawartością składników mineralnych kości (BMC) oraz z mineralną gęstością kości (BMD), niezależnie od wieku, masy tłuszczowej, masy beztłuszczowej oraz stężenia w surowicy estrogenów i insulinopodobnego czynnika wzrostu typu -1. Zależności między tkanką tłuszczową a jakością kości wydają się zależeć od lokalizacji tkanki tłuszczowej [11]. Stwierdzono bowiem, że u latynoskich dzieci wielkość zasobów trzewnej tkanki tłuszczowej jest odwrotnie proporcjonalna do składu mineralnego kości (BMC) i to niezależnie od wieku, stopnia dojrzałości biologicznej i masy ciała. U dziewcząt opisywano ujemne korelacje pomiędzy podskórną tkanką tłuszczową a BMC, trzewną tkanką tłuszczową, a BMC oraz pomiędzy stężeniem leptyny a BMC. Z przytoczonych wyżej badań wynika, że nadmiar tkanki tłuszczowej, a co za tym idzie wysokie stężenia leptyny wiążą się z gorszą jakością kości. Chociaż badane przez nas dziewczęta w większości nie miały nadwagi, to także stwierdziliśmy ujemne zależności pomiędzy niektórymi somatycznymi wskaźnikami stanu odżywienia a wybranymi wskaźnikami metabolizmu kostnego. Zależności pomiędzy stężeniem leptyny a badanymi wskaźnikami metabolizmu kostnego nie było, na co mógł mieć wpływ dobór populacji. Brak korelacji może też wskazywać na złożoność procesów zachodzących w układzie kostnym. Wyjaśnienie roli leptyny w metabolizmie kostnym może mieć duże znaczenie w prewencji, a być może leczeniu niedoborów masy kostnej u dzieci i dorosłych. 31
Praca oryginalna Endokrynol. Ped., 12/2013;2(43):27-32 PIŚMIENNICTWO/REFERENCES [1] Wu S.S., Liang Q.H., Liu Y. et al.: Omentin-1 stimulates human osteoblast proliferation through PI3K/akt signal pathway. Int. J. Endocrinol., 2013, 368970. [2] Hołecki M., Więcek A.: Relationship between body fat mass and bone metabolism. Pol. Arch. Med. Wewn., 2010:120(9), 361-367. [3] Roemmich J.N., Clark P.A., Mantzoros Ch.S. et al.: Relationship of leptin to bone mineralization in children and adolescents. J. Clin. Endocrinol. Metab., 2003:88(2), 599-604. [4] Cheng G., Buyken A.E., Shi L. et al.: Beyond overweight: nutrition as an important lifestyle factor influencing timing of puberty. Nut. Rev., 2012:70(3), 133-152. [5] Ostrowska Z., Ziora K., Kos-Kudła B. et al.: Melatonin, the RANKL/RANK/OPG system and bone metabolizm in girls with anorexia nervosa. Endokryn. Pol., 2010:61, 117-123. [6] Kulik-Rechberger B., Rechberger T., Jakimiuk A.J.: Leptin correlates with the skinfold thickness in prepubertal and pubertal girls. Acta. Paediatr., 1999:88(1), 103-104. [7] Dimitri P., Wales J.K., Bishop N.: Adipokins, bone-derived factors and bone turnover in obese children; evidence for altered fat-bone signaling resulting in bone mass. Bone, 2011:48(2), 189-196. [8] Klentrou P., Ludwa I.A., Falk B.: Factors associated with bone turnovers and speed of sounds in early and late pubertal females. App. Physiol. Nutr. Metab., 2011:36(5), 707-714 [9] Bini V., Igli Baroncelli G., Pabi F. et al.: Relationships of serum lepton levels with biochemical marker of bone turnover and with growth factors in normal weight and owerweight children. Horm. Res., 2004:61(4), 170-175. [10] Roemmich J.N., Clark P.A., Mantzoros Ch.S. et al.: Relationship of leptin to bone mineralization in children and adolescents. J. Clin. Endocrinol. Metab., 2003:88(2), 599-604. [11] Afghani A., Goran M.: The interrelationships between abdominal adiposity, leptin and bone mineral content in owerweight Latino children. Horm. Res., 2009:72, 82-87. 32